橢圓軌道交會對接有限時間控制問題研究.pdf

1、航天技術(shù)是當(dāng)今世界科技中最尖端的技術(shù)之一，也是一個國家綜合國力與科技水平的重要標志。航天器交會對接是進行深空探索、拓展人類生存空間的重要步驟，也是航天領(lǐng)域研究的熱點問題之一?？臻g交會對接技術(shù)是實現(xiàn)諸如空間站的物資補給、航天員的交換和營救、航天器的在軌裝配和維護等在軌服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)與先決條件。自主交會對接作為空間交會對接的主要趨勢，最終逼近段是其中的一個重要階段。本論文以航天器橢圓軌道交會對接為背景，針對交會對接的最終逼近階段，研究了在橢

2、圓軌道上航天器的相對位置與相對姿態(tài)的控制器設(shè)計問題，從理論的角度出發(fā)，提出了一套有限時間收斂的控制方案。
　　首先，本文建立了數(shù)學(xué)模型以方便對航天器交會對接問題的分析，包括軌道動力學(xué)模型與姿態(tài)描述模型。在常用基本坐標系的基礎(chǔ)上給出了適用于橢圓軌道的相對動力學(xué)模型;介紹了用于描述航天器姿態(tài)的歐拉四元數(shù)法，并基于此給出了航天器的姿態(tài)運動學(xué)模型與動力學(xué)模型。
　　其次，對近年來引起人們的廣泛興趣的有限時間控制設(shè)計方法進行了簡要的介

3、紹，給出了有限時間穩(wěn)定性的定義以及判定控制系統(tǒng)有限時間穩(wěn)定的定理。
　　隨后，針對航天器的橢圓軌道相對動力學(xué)模型，在考慮外界擾動的情況下，利用有限時間控制方法，分別基于傳統(tǒng)FTSM模型和改進FTSM模型進行了有限時間控制器的設(shè)計，并通過仿真驗證了控制算法是有效的。
　　然后，本論文針對追蹤航天器與自由翻滾的目標航天器進行近距離交會對接的姿軌耦合控制問題，建立了相對姿軌一體化耦合模型，并在考慮未知有界擾動與控制輸入飽合的情況下